中國科學院在高精度MEMS諧振式陀螺儀研究取得新進展

作者：集小微 4小時前

來源：中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所 #陀螺儀# #中國科學院#

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MEMS盤式諧振陀螺儀（DRG）憑借緊湊結構、高熱穩(wěn)定性和軸對稱嵌套環(huán)設計，在高精度尋北儀、慣性導航等領域具有較大的應用潛力。傳統(tǒng)DRG陀螺儀的簡并諧振器通過模態(tài)匹配顯著降低耦合誤差，結構的創(chuàng)新設計還解決了頻率分裂問題，但制造缺陷仍導致不對稱性；質量調整、離子束切割等后處理技術雖能削弱非對角耦合項，卻未根除不對稱根源，影響了MEMS陀螺精度進一步的提高。

近日，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所陳方等提出了一種新型可擴展輸入動態(tài)范圍的高精度Sigma-Delta類蛛網(wǎng)MEMS多環(huán)嵌套式陀螺儀。研究人員摒棄了傳統(tǒng)圓形嵌套環(huán)陀螺結構，首次提出了線性多比特Sigma-Delta閉環(huán)力反饋測控機制和?16邊形類蜘蛛網(wǎng)狀多環(huán)嵌套式陀螺儀（CDRG）諧振器設計機制。采用?內部雙電極驅動模式?和多比特Sigma-Delta閉環(huán)調制的工作模式，優(yōu)化驅動電極布局和激勵電壓，解決傳統(tǒng)MEMS陀螺存在的靜電非線性效應、信號混疊、動態(tài)范圍小、噪聲大等問題。實驗結果表明，該新型Sigma-Delta類蛛網(wǎng)MEMS多環(huán)嵌套式陀螺儀在輸入動態(tài)范圍、角度隨機游走和偏置不穩(wěn)定性分別提升了30%、106.2%和487.9%； MEMS陀螺的零偏不穩(wěn)定性（BI）從3.88 °/h提高至0.66 °/h，角度隨機游走（ARW）從0.134 °/√h降至0.065 °/√h，性能達到戰(zhàn)術級慣性導航的要求。這項研究成果以“Anti-aliasing multi-bit sigma-delta modulated cobweb-like disk resonator gyroscope with extending input range“為題發(fā)表在Microsystems & Nanoengineering期刊上。